Фазовый метод

Фазовые методы. Суть фазовых методов углометрии заключается в том, что радиосигнал, отраженный от объекта, принимается двумя разнесенными в пространстве на расстояние d антеннами, и угловая координата этого объекта определяется по разности фаз радиоволн, принятых указанными антеннами.

Найдем алгоритм связи и , для чего рассмотрим рис. 3.32, а.

Рис. 3.32. Фазовый метод углометрии: а – геометрическое построение, поясняющее алгоритмическую связь и ; б – упрощенная структура фазового измерителя угловой координаты объекта; 1 – первая антенна; 2 – вторая антенна; 3 – первый смеситель; 4 – второй смеситель; 5 – общий гетеродин; 6 – первый усилитель; 7 – второй усилитель; 8 – измеритель фаз ; 9 – индикатор угловой координаты объекта.

Прием радиосигнала, отраженного от объекта, осуществляется антеннами, расположенными в точках 1 и 2. Поскольку на практике дальность до объекта значительно больше, чем величина d, то условно можно полагать, что линии «объект – антенна 1» и «объект – антенна 2» параллельны. Тогда разность фаз будет обусловлена длиной отрезка «точка А – антенна 1». Данная длина, исходя из геометрических соображений, равна величине а разность фаз – значению

(3.32)

где – длина волны принимаемого радиосигнала.

Из выражения (3.32) легко получить соотношение для нахождения угловой координаты объекта, располагая измеренной разностью фаз :

(3.33)

Если же угол достаточно мал, то можно принять , и алгоритм (3.31) запишется в упрощенном виде:

. (3.34)

Отметим, что при измерении должно соблюдаться требование однозначности для разности фаз , а именно, . В этом случае максимальная величина будет определяться из уравнения:

. (3.35)

Если измеряемый угол объекта оказывается больше, чем , то необходимо использовать другую длину волны .

На рис. 3.32, б показана упрощенная структурная схема фазового измерителя угловой координаты объекта. Основным элементом данного устройства является измеритель 8 разности фаз , в качестве которого обычно используется фазовый детектор. Поскольку фазовые детекторы обычно работают на достаточно низких частотах, то частота принятого радиосигнала понижается (до величины ) с помощью смесителей (нелинейных радиотехнических устройств, предназначенных для комбинирования частот тех напряжений, которые подаются на их входы) и общего гетеродина 5, вырабатывающего напряжение частоты . В результате, напряжения частоты , сформированные на выходах первого 3 и второго 4 смесителей и усиленные в первом 6 и во втором 7 усилителях, поступают на входы измерителя 8 разности фаз , а выходное напряжение этого измерителя, пропорциональное величине , далее подается на индикатор 9, шкала которого отградуирована в значениях угловой координаты объекта.

Отметим, что достоинством фазового метода углометрии (по сравнению с амплитудными методами) является более высокая точность измерения углового положения объекта, улучшающая с ростом отношения , а недостатками – двухканальность (приводящая как к увеличению аппаратурных затрат, так и к необходимости обеспечения строгой идентичности фазовых характеристик каналов) и выполнение требования однозначности измерения.

В заключение рассмотрим функционирование суммарно-разностного измерителя угловой координат объекта, в роботе которого сочетаются фазовый и амплитудный методы углометрии.

Структурная схема указанного фазового суммарно-разностного измерителя, в котором отсчет углового положения объекта выполняется лишь в одной (для простоты рассмотрения) плоскости, изображена на рис. 3.33, а. Чтобы конкретизировать ситуацию, в качестве данной плоскости взята азимутальная (горизонтальная) плоскость, т.е. .

Рис. 3.33. Фазовый суммарно-разностный измеритель угловой координаты в одной (азимутальной) плоскости: а – структурная схема измерителя; б – векторная диаграмма, поясняющая принцип образования суммарного и разностного сигналов; 1 – первая рупорная антенна; 2 – вторая рупорная антенна; – расстояние между рупорными антеннами; 3 – сдвоенный параболический отражатель; 4 – кольцевой волноводный мост; 5 – радиопередающее устройство; 6 – антенный переключатель; 7 – радиоприемное устройство для суммарного сигнала; 8 – амплитудный детектор и устройство измерения дальности; 9 – радиоприемное устройство для разностного сигнала; 10 – фазовый детектор и устройство индикации угловой координаты (азимута); 11 – фазосдвигающее на устройство